大鳍鳠卵发生中溶酶体超微结构变化与卵膜发生

大鳍鳠卵发生中溶酶体超微结构变化与卵膜发生 大鳍鳠卵发生中溶酶体超微结构变化与卵 膜发生 第23卷第5期 2004年1O月 电子显微 JournalofChineseElectronMicroscopySociety V0l一23.No.5 2OO4—1O 文章编号:1000—6281(2004)05—548—05 大鳍蠖卵发生中溶酶体超微结构变化与卵膜发生 文艺,魏刚,许禾声,戴大临 (西南师范大学生命科学学院,重庆400715) 摘要:大鳍鳗卵细胞发生中的溶酶体结构变化活跃,I期卵原细胞胞质内可见线粒体,高尔基体和少量呈球状 的初级溶酶体.?期卵母细胞胞质内可见多个球状溶酶体,溶酶体内的水解酶蛋白呈结晶态,多紧贴线粒体部分 分布.卵母细胞质膜绉缩,胞质边缘可见大量球状和线状溶酶体分布.?期卵母细胞内侧出现绒毛状卵膜结构, 外侧出现"放射带",球状的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间可见大量线状溶酶体结构.推测球状 溶酶体和线粒体间接参与了卵母细胞质膜的绉缩位移;而线状溶酶体则可能直接参与了绒毛状卵膜和"放射带"结 构的形成. 关键词:大鳍鳗;卵发生;溶酶体;卵膜;超微结构 中图分类号:$965.299;Q336文献标识码:A 大鳍鲢(Mystusmo~ropterus)属鲇形目 (Silurusifor171~$)鳞科(Bagridae),是生活于三峡库区 及其上游各支流中的一种珍稀鱼类.由于无肋间 刺,加上肉质细嫩鲜美,具有相当高的经济价值. 但因过度捕捞,目前已处于野生资源枯竭的濒危状 态".关于其形态,解剖生理,繁殖等生理的研究 较多,但缺乏对其发育过程中较深入的细胞学 特征研究. 溶酶体(1ysosome)是一种具多种酶内含物的细 胞器,已经证实其存在于所有的动物细胞中,并被多 数研究确定为由单位膜所包裹的水解酶系j,据认 为属细胞消化系统的一部分,起着分解消化各种内, 外源性物质,并可将这些分解物质排出细胞外的作 用.但最新的研究认为,其在细胞代谢过程中还有 许多其它作用;其在个体发生中的作用也十分重要, 故已成为当前细胞学,生理,生化,分子生物学研究 的一个热点.但有关鱼类细胞,尤其是鱼类的生殖 细胞发育过程中溶酶体的结构特征,其在生殖细胞 发育中的超微结构变化及其与一些特征性细胞亚结 构形成之间的关系的研究报告尚鲜见.在卵细胞发 生过程中,卵膜(oolemma)起着保护卵黄物质,识别 精子与其它外来物,产生卵黄物质,调节卵细胞内外 离子平衡,协助保证胚细胞正常分裂等作用,具有重 要的生理功能.在大鳍鹱初期卵膜发育和卵膜形成 中,溶酶体起到的作用有哪些?本文试图作初步的 探讨. 收稿日期:2003—07—07;修订日期:2004—04一O1 作者简介:文艺(1953一),女(汉),重庆市人,实验师 1材料与方法 供试鱼于五月上旬采自嘉陵江下游的合川段天 然水体中,为体长18.4cm的三龄性成熟鱼. 活体解剖取出卵巢后,立即放入预冷的2.5% 戊二醛(pH7.2的0.1mol/L二甲胂酸缓冲液配制)中 预固定0.5h,再取出在光镜下分别切取为<1mm 的样品块,放入相同缓冲液配制的4%的戊二醛中 再固定1.5h,室温下重蒸水清洗3次(每次3, 5min)之后,放入1%四氧化锇中后固定1h.梯度乙 醇脱水,丙酮置换,Epon.812包埋.聚合后的材料在 LKB.2088V型超薄切片机上切成50,70nm厚的切 片;乙醇饱和醋酸双氧铀和1%柠檬酸铅双重电子 染色;H.600I型电镜观察记录. 2结果 按文献的分期,将观察结果分别描述为: 工期:大鳍鲮分裂间期的卵原细胞呈椭圆球形, 直径约12,25t~m,具球状单核,核质比大,核膜清晰 完整(图1);胞质内可见线粒体,高尔基体和少量呈 球状的初级溶酶体.此期可见卵原细胞质膜完整. 厚度约22,45nm,核膜双层结构清晰,核周间隙较 宽,核膜孔复合体结构清楚(图2).进一步发育可 见卵原细胞核周间隙增宽(图3);间质细咆中的球 形溶酶体结构具单层膜,含有高度电子致密的内含 物(图3a);卵原细胞和间质细胞胞质中的溶酶体和 第5期戈艺等:大蝽髓卵壁生中溶酶体超做结构变化与印鹱发L549 圈1示尢鳍鲢l期处于舒裂问期的卵原细胞;图2图I局部放太,显示卵原细胞胞 质中的翩缎溶酶件结构;圈3卵原细 胞和间质细胞中溶酶体:球形蒋酶体结构放大h:卵原细咆和间质细胞胞质中的卉 孳酶体和线粒体结掏;罔4分刊前期 的卵原细胞卵原细胞和问质细胞胞质中有线状{弈酶体结掏出现I到5间质细胞 胞质巾的缩酶体和线粒体精掏=n:梧集 分布的溶簿体和线牲体;b:变长的线粒体和球形济酶体蹬ll2,,4.5Bar:l】1i图3aBar=30Ohm ]rigIShowingtheoog~nium0ftheLate~phasealstage1:Fig2TenJarg~]0fF'ig1.Slu~wingth eprlnmry]y~-,osomesofleoogxmium: Fig.3Thelysosome 【the~Qgoniumandtheserto]iee1]:ThesL~uctura]rrmgrlifivdin,ageoftheIYHl.?…h:TheS|llll2[{LfilJimageofthe I?so~,ome町ldrniioehon~'illmBItheo.Bnuma.ndtheserlohu;Irig.4Ap.ph目…ftheoogsnium.thesLraClLLre_jIhet?1】atI山9lJ邮e pre.sentsdintheoogoifiumHndthese~n]icdl:Fig.5Showingthelv~somesaIldmilsehondri um】nthesenJcella:'l~nedensedistfibutlon oflysosomesandmitoehondfium.b:ShowingthelongestmitoehoiIdrium1dthesphericallys osc,me.sbigI,2.3b.4.5Bar:ll;]rig3a Bar=300nm 55O电子显做J.Chin.ElecMicro~'.s0c第23卷 图6示?斯的卵母细胞;凰7网6局部放大.显示卵母细胞胞匝中的球形溶酶悼结掏;罔8抒裂末期卵母细胞胞质中的浩 酶体.a:含结晶样内含物的球形溶酶体.h:卵母绷胞胞质中的线状和球状溶酶体圈9分裂末期卵坶蜘咆中的多个细胞 板;图IOJIJ期卵细胞和颗粒状滤泡圳胞之闻的卵膜结掏;凰l10"It膜中城毛膜鲢状溶酶伴和放射带的三明清结构.罔 中:OG:卵原细胞;OC:卵母细咆;SC:l闸质细胞;GC:颗粒状毖沲细胞;:细咆梭;:梭仁:l,:济酶体;PM:匝膜;RM:绒毛骥; Rz:放射带图6.圈儿B盯=【u13];图8HB:500l1m F6Showingtheoocyte(OC)of1hestageII;Fig.7Thepartmin~ge?1fFig.6.theslructureclf1h espheri~aII州【1)inthe oot3,~e(OC);FiE8Thelm"eoFthec~t:yte小thetl!lo1n:Elen1an】nimage(dthephn[一aJlv………,『1rrvstalinclusion,h: Thenemalolvsl:?ln1eand1hesphericall…nl"l11Pcg~cyte:Fig9ShowingthemuhJnttclei(N1of…Yat1hlelophase:Fig10Th stcuc|meoftheoolemmaispresen[edbetweenthem,t?I1(Ithegranutr.1LkeIliclecellIheslagell【:Fig1IrhsndwJch—likeLru【u oftheRoss-like00l?aBtheh'…ther~dlal帅Lhe伽kmmn'G:伽Em?;OCHSC:enolcellIGCane-?e llickcell;:nuclei;NI:m~cleolus;L:tysI】ePM:plasmal;FM:n(likeoolemma;RZ:tadialE.6 一Fig.1】B lEim;Fig.8aBar=5《)0nm 第5期文艺等:大鳍蠖卵发生中溶酶体超微结构变化与卵膜发生551 线粒体结构紧贴(图3b);分裂前期的卵原细胞核凝 缩,卵原细胞和问质细胞胞质中有线状溶酶体结构 出现(图4);间质细胞胞质中的溶酶体和线粒体密 集分布(图5a);变长的线粒体和球形溶酶体结构变 化大(图5b). 显然与切片较薄 ?期:卵母细胞直径范围较宽, 而切面分别为球状细胞的不同层面有关,约为6O, 224ttm.具数核,核体积大且不规则,每核内具多个 核仁(图6,图8b),并可见灯刷状染色体(图8b,图 9),胞质内可见多个球状溶酶体(图6,8),这些溶 酶体具单层界膜(厚度约120,178nm),溶酶体内的 水解酶蛋白呈结晶态(图8a),多紧贴线粒体部分分 布.质膜绉缩胞质边缘可见大量线状溶酶体分布 (图8b),同步绉缩的间质细胞质膜与卵母细胞质膜 均匀平行,可见两质膜问间隙约为98,112nm,呈电 子空白带(图8b). ?期:卵母细胞随着核的一体化,球状的初级溶 酶体结构消失.卵母细胞内侧出现绒毛状卵膜结 构,外侧出现"放射带"(radiationzone)(图10,11). 绒毛状卵膜与放射带之间具线状溶酶体结构;放射 带外侧,卵母细胞与颗粒状滤泡细胞质膜仍清晰完 整(图1O).在卵母细胞质内,紧贴绒毛状卵膜可见 线状溶酶体结构(图11). 3讨论 众多的研究认为溶酶体是细胞代谢清除过程中 必需的一个结构,但随着线状溶酶体的发现h, 更多的认识已经明确溶酶体在动物细胞的代谢环节 中占有远比清除更为重要的地位?.从大 鳍鳢卵发生过程的超微结构观察中可见,随着卵膜 的发生,溶酶体在结构特征也有相应的变化,即:由 含结晶状水解蛋白的球状初级溶酶体一含颗粒状蛋 白水解酶的次级球状溶酶体,大量线状溶酶体出现, 卵母细胞质膜绉缩,拆迭改变一绒毛状卵膜发生,次 级多泡溶酶体出现一放射带出现,由内向外的绒毛 状卵膜,线状溶酶体,放射带三明治结构,球状溶酶 体移向颗粒状滤泡细胞质内.据此可以推测,球状 溶酶体和线粒体在卵膜发生的初期,间接参与了卵 母细胞质膜的绉缩位移;而在随后的发育过程中,线 状溶酶体则可能直接参与了绒毛状卵膜和"放射带" 结构的形成. 盛毅等观察到大鼠精子发生过程中精母细胞溶 酶体较其他生精细胞溶酶体多,头帽期末顶体系统 酶重新装配,并认为位于精子细胞尾部胞质中的溶 酶体可能参与精子尾形成,还观察到sertoli细胞内 溶酶体数量与精子发生相对应呈周期性变化. 本文观察到大鳍鹱卵发生过程中,?期卵母细胞胞 质内球状溶酶体多见,并可清楚地观察到溶酶体内 的水解酶蛋白呈结晶态(图8a),这些溶酶体多紧贴 线粒体分布.同期还可见卵母细胞质膜绉缩,胞质 边缘有大量线状溶酶体分布(图9).?期卵母细胞 内侧出现绒毛状卵膜结构,外侧出现"放射带",球状 的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间 可见大量线状溶酶体结构(图1O).显示出溶酶体 的变化与卵膜发生呈现出一定的联系.将这些观察 结果与哺乳动物的大鼠支持细胞精母细胞溶酶体相 比较,笔者认为,作为较低等的鱼类,在亚细胞水平 上溶酶体所表现出来的类似于哺乳动物精母细胞溶 酶体的变化规律显然是符合系统演化的原则的. LuoZ等认为球状溶酶体与线状溶酶体之间存 在许多内在联系;并认为其可能是一个溶酶体三维 结构网络系统,两者问可以相互转变,为其更好地发 挥功能提供理想的形态学基础?.本文的观察显 示,大鳍鹱卵膜发生中,含结晶状水解蛋白的球状初 级溶酶体,含颗粒状蛋白水解酶的次级球状溶酶体 和线状溶酶体,分别在卵原细胞,卵母细胞质膜绉 缩,拆迭,绒毛状卵膜发生(图1,图3,图4,图9), 放射带形成的各个阶段出现和变化(图10,11).说 明大鳍鲢卵膜发生中球状溶酶体与线状溶酶体之间 存在的内在联系,作为一个溶酶体三维结构网络系 统,其相互间的转变,可能为大鳍鹱卵膜各层的发生 和形成提供形态学和生化的基础.为支持上述作者 的观点有必要进一步深入研究来明确溶酶体与结构 特征变化相应的遗传背景. 参考文献: 周仰臻大鳍蠖的生物学资料[J].动物学杂志, 1983,02:39—42. 张耀光,等.大鳍鲮的胚胎发育[J].西南师范大学学 报(自然科学版),1991,16(2):223—229. 王德寿,等大鳍蠖的繁殖生物学研究[J].水产学 报,1992,16(1):50.58. 钟明超,等.大鳍鲮臀鳍和胎鳍的比较组织学研究 [J].西南师范大学(自然科学版),1996,21(2): 168—172. 钟明超,等.白甲鱼,大鳍蠖和班鳜肾的比较组织学 研究[J].水产,1996,20(1):76-80. 王德寿,等.大鳍蠖促性腺激素分泌调控的研究[J]. 动物,1998,44(3):322—328. ]J]j]J]J l23456 rlrrlrl 552电子显微J.Chin.Electr.Microsc.Soc第23卷 [7] [8] [9] [1O] [11] [12] [13] [14] 【l5] 杨德国,等.长江大鳍鹱的人工繁殖[J].中国水产科 学,1998,5(2):26—30. 周元建,等.大鳍蠖的生长,死亡和合理利用研究 [J].湛江海洋大学,1998,18(1):24—28. 王德寿,林浩然.诱导大鳍鹱和长吻熊排卵过程中血 清GTH水平的变化[J].水生生物,2001,25(2): 185—190. 盛毅,等.大鼠精子发生和形成过程中溶酶体超微结 构CMP~e的细胞化学变化[J].解剖,199526 (4):375—378. 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Investigationonultrastracturalchangeoflysosomerelated witlloolemmal~enes|sintheoo~eneslsof0'''?''?一 Mystusmacropterus(Bleaker) WENYi,WEIGang,XUHe—sheng,DAIDa—lin (CollegeofLifeScience,SouthwestNormalUniversity,Chongqing400715,China) Abstract:TheultrastructuralchangeofthelysosomesisinactivityattheoogenesisofMystus macropterus(Bleaker).InthestageI,the mitoehondrium,theGolgiapparatusandafewprimarylysosomesareappearedinthecytopla stoftheoogonium.AtthestageII,many lysosomesareappearedinthecytoplastoftheoocyte,andthehydrolyzeenzymeproteiniscrys tallineinthelysosome.andisdistributednear themitoehondrium.Theplasmalemmaoftheoocyteiscrapeandcrinkle,andthereisagreatdealofnematolysosomes(NLY).Structureofthe floss— like~lemmaisappearedtoinnerofoocyteinthestageIII,andthebesidesisappearedtotheradiationzone.Atthestage,thestructure ofsphericallysosomes(SLY)isdisappeared,andatsomeofNLYareappearedbetweenthefloss—likeoolemmaandtheradialzone.Theyare formedjoinflyasandwich— likestructureoftheprimaryoolemma.Theresearchersconferthatthedisplacementandcontractofoocyteis concernedwithSLYandmitochondrium,and,theformofthefloss— likeoolemmaandthe"radiatezone"maybedirectlvconcerBedwithNLY. Keywords:Myst~macropterus(Bleaker);oogenesis;lysosome;oolemma;uhrastructure ,;